专利名称：一种抗冻太阳能热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集热热水器，尤其是一种吸热体内贮水的抗冻太阳能热水器。
现有的太阳能热水器通常是由水箱和集热器组成，水箱设在集热器的上方并与集热器中的吸热体相连通，吸热体通常是由均为的金属管的集热排管、上集管和下集管以及上循环管和下循环管所组成。由于水在结冻为冰时其体积膨胀约10％，因此现有的用无弹性膨胀材料制成的吸热体均不具有抗冻性能。目前为使现有的太阳能热水器能够具有抗冻性能，主要是通过用能够弹性膨胀的材料来制作吸热体，使得吸热体中的水在结冻时，靠弹性材料的膨胀使吸热体具有抗冻性能，尤其是北京市太阳能研究所在专利号为901083100的专利文件中所公开的抗冻太阳能热水器，该太阳能热水器的特点是吸热体中的集热排管为金属集热条，上集管和下集管均为能够弹性膨胀的橡胶管，该太阳能热水器是以吸热体的集热排管有顺序冻结和上下集管的弹性膨胀为抗冻原理，从而使吸热体中的水在结冻时不会涨坏吸热体。但是上述吸热体在结冻时，上下集管和金属集热条的上部和下部均将承受较大的膨胀应力，另外由于上述吸热体的下集管为可弹性膨胀的橡胶管，使得该吸热体的使用压力较小。因为该太阳能热水器的吸热体在使用时，其下集管承受的压力最大，因此当该吸热体的使用压力较大时，其下集管将产生较大的弹性变形，从而减少下集管在结冻时的弹性膨胀能力，使该吸热体的抗冻性能受到影响。吸热体的下集管采用橡胶管，还使得吸热体的制作技术较复杂。
本实用新型的目的是提供一种使用压力较高的，而且吸热体的下集管为无弹性膨胀材料的抗冻太阳能热水器。
本实用新型的抗冻太阳能热水器利用一种新的抗冻原理，在控制吸热体结冻顺序的基础上，对吸热体的解冻过程进行控制，使吸热体在首次结冻和在吸热体内的冰还未全部解冻吸热体又进入结冻状态时，即使太阳能热水器的在吸热体在首次和二次结冻时均具有抗冻性能。
以下结合附图对本实用新型所提出的抗冻太阳能热水器做具体的描述
图1是本实用新型抗冻太阳能热水器的正剖视示意图。
参见
图1，一种抗冻太阳能热水器，它由水箱[1]和集热器[6]组成，水箱设在集热器的上方，集热器[6]中的吸热体由数个集热排管[2]、下集管[3]、和上集管[5]组成，集热排管[2]分别与上集管[5]和下集管[3]相连通，上集管[5]分别与水箱和集热排管[2]相连通，集热排管[2]为金属集热条，下集管[3]为金属管、上集管[5]为弹性橡胶管，下集管[3]设有肋片[4]，集热排管[2]和下集管[3]的形状符合如下公式0.2(Vj/Sj)＜Vy/Sy＜1.1(Vj/Sj)Vj-距水箱近处单位长度的贮水空间体积，Vy-距水箱远处单位长度的贮水空间体积，Sj-Vj在吸热体壁外侧所对应的等效吸散热面积，Sy-Vy在吸热体壁外侧所对应的等效吸散热面积。
为了使该吸热体的结构简单，集热排管[2]和下集管[3]的形状可符合如下公式Vj=Vy；Sj=Sy。也就是说集热排管[2]和下集管[3]的内经相等，而且集热排管[2]和下集管[3]肋片的有效宽度也相等。下集管[3]的肋片设在下集管的下方。
集热排管[2]和下集管[3]的形状满足Vy/Sy＜1.1(Vj/Sj)，可使集热排管[2]和下集管[3]中的水在首次结冻时，能够按照距水箱远至距水箱近的顺序逐步完成结冻，即吸热体在结冻时是按照自每两个集热排管[2]之间的下集管[3]、集热排管[2]的下端、集热排管[2]的上端至橡胶上集管[5]的顺序完成结冻，由于上集管为弹性橡胶管，使上集管和金属集热条的上部在结冻时所承受的膨胀应力能够基本被橡胶上集管的弹性所吸收，使该吸体在首次结冻时具有抗冻性能。集热排管[2]和下集管[3]的形状满足0.2(Vj/Sj)＜Vy/Sy，可使当已结冻的集热排管[2]和下集管[3]在解冻时，距水箱远处的冰即下集管[3]中的冰最后完成解冻，从而使已结冻的集热排管[2]和下集管[3]，在内部的冰还未全部解冻又进入结冻状态时，即集热排管[2]和下集管[3]在二次结冻时，也具有抗冻性能。
因为吸热体在解冻时，由于对流换热吸热体上部的冰会先开始解冻，但若吸热体下部的吸散热能力远大于其上部时，其下部的冰会先完成解冻，也就是说，若Vj/Sj远小于Vy/Sy时，该吸热体在解冻到下集管[3]和集热排管[2]上部的冰已完全解冻时，在集热排管[2]中下部仍会有未解冻的冰而且会向上浮起。若在此时吸热体又进入二次结冻状态，则在二次结冻时，因为浮冰会使集热排管[2]上部水的经向结冻厚度小于集热排管[2]下部水的经向结冻厚度，集热排管[2]的上部会比其下部先完成结冻，从而使集热排管[2]的下部在二次结冻时承受破坏性膨胀应力，并使吸热体账裂。因此集热排管[2]和下集管[3]的形状符合0.2(Vj/Sj)＜Vy/Sy＜1.1(Vj/Sj)的公式，可使集热排管[2]和下集管[3]在首次结冻和二次结冻时均具有抗冻性能。
上述抗冻太阳能热水器的优点是由于吸热体的下集管为无弹性膨胀材料，使下集管的制作技术较简单，金属集热条的下部和下集管在结冻时可均不再承受膨胀应力，吸热体的使用压力得到了提高，而且吸热体与水箱的连通口较少。
权利要求1一种抗冻太阳能热水器，它由水箱[1]和集热器[6]组成，水箱设在集热器的上方，集热器[6]中的吸热体由数个集热排管[2]、下集管[3]、和上集管[5]组成，集热排管[2]分别与上集管[5]和下集管[3]相连通，上集管[5]分别与水箱[1]和集热排管[2]相连通，集热排管[2]为金属集热条，下集管[3]为金属管，其特征在于上集管[5]为弹性橡胶管，下集管[3]设有肋片[4]，集热排管[2]和下集管[3]的形状符合如下公式0.2(Vj/Sj)＜Vy/Sy＜1.1(Vj/Sj)Vj-距水箱近处单位长度的贮水空间体积，Vy-距水箱远处单位长度的贮水空间体积，Sj-Vj在吸热体壁外侧所对应的等效吸散热面积，Sy-Vy在吸热体壁外侧所对应的等效吸散热面积。
2根据权利要求1所述的抗冻太阳能热水器，其特征在于集热排管[2]和下集管[3]的形状符合如下公式Vj=Vy,Sj=Sy。
3根据权利要求1或2所述的抗冻太阳能热水器，其特征在于下集管[3]的肋片[4]设在下集管的下方。
专利摘要一种由水箱[1]和集热器[6]组成的抗冻太阳能热水器,集热器中的吸热体由弹性橡胶上集管[5]和设有肋片[4]的金属下集管[3]以及数个为金属集热条的集热排管[2]所组成,通过控制集热排管和下集管贮水空间在吸热体壁外侧所对应的吸散热面积,并利用上集管的弹性膨胀,使该吸热体不仅在首次结冻时,而且在当吸热体内的冰还未全部解冻吸热体又进二次结冻时吸热体也具有抗冻性能。
文档编号F24J2/04GK2310961SQ97225149
公开日1999年3月17日 申请日期1997年9月2日 优先权日1997年9月2日
发明者位绍建 申请人:位绍建